[发明专利]利用磁流体模拟可视化裂隙渗流的装置及方法

权利要求书

1.一种利用磁流体模拟可视化裂隙渗流的装置，包括主体框架（1），主体框架（1）上设置有可伸缩支撑杆，主体框架（1）顶面滑动连接有可移动副框架（10），安装于主体框架（1）内的摄像机（7）通过主体框架（1）上的顶部万向球铰（11）与可移动副框架（10）连接，其特征在于：剪切反力架（9）通过万向球铰反力装置（2）安装于主体框架（1）的底板（1-1）上表面，可视化岩样（26）通过膨胀加压气垫（22）放置于剪切反力架（9）上表面，膨胀加压气垫（22）与充气装置（24）连通，可视化岩样（26）由上盖板透明树脂（23）和普通岩样（19）组成，上盖板透明树脂（23）和普通岩样（19）之间形成一条裂缝，可视化岩样（26）两侧面各通过液压杆加载装置（18）与剪切反力架（9）的内侧壁连接，液压杆加载装置（18）设有应力传感器（20）和位移传感器（21），注浆/水装置（13）的注浆/水管（3）与上盖板透明树脂（23）和普通岩样（19）之间的裂缝相配合，可视化岩样（26）两端通过带法向限制条（5）的螺纹杆（8）与剪切反力架（9）及膨胀加压气垫（22）固定连接，剪切反力架（9）底部安装有与万向球铰反力装置（2）相配合的角度检测仪（16），U型可调电磁铁（6）通过U型槽（4）套设于可视化岩样（26）外表面并与可视化岩样（26）滑动连接；

万向球铰反力装置（2）包括安装于底板（1-1）上表面的架体（2-1），万向球铰（2-2）安装在架体（2-1）上并与架体（2-1）转动连接，万向球铰（2-2）底部设置有球铰紧固螺杆（2-3），剪切反力架（9）放置于万向球铰（2-2）顶部的承压平台（2-4）上；

可视化岩样（26）两侧面的两根液压杆加载装置（18）呈对角上下交错设置，液压杆加载装置（18）与剪切加载系统（12）连接。

2.根据权利要求1所述的利用磁流体模拟可视化裂隙渗流的装置，其特征在于：主体框架（1）为采用无法被永磁铁吸附的材料制成的框架体。

3.一种利用上述权利要求1-2中任一项所述的装置模拟可视化裂隙渗流的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤1：调节顶部万向球铰(11)的角度使得摄像机（7）与可视化岩样（26）顶面垂直；

步骤2：调节可伸缩支撑杆的高度，将摄像机（7）置于合适的位置；

步骤3：向膨胀加压气垫（22）内注入气体，调整可视化岩样（26）受到的法向应力；

步骤4：开启剪切加载装置(18)，通过调节液压杆的推力来控制剪切力的大小剪切力的大小通过应力传感器（20）读取，而由剪切作用产生的位移由位移传感器（21）读取；

步骤5：向可视化岩样（26）的裂缝内内注入一定体积的磁流体，并开启U型可调电磁铁（6），调节U型可调电磁铁（6）的磁力大小，控制裂隙内磁流体的流动状态，以模拟出裂隙水渗流实验，通过摄像机（7）所拍摄磁流体渗流情况；

步骤6：将拍摄的视频进行分帧图像处理，得到想要研究的图像，然后通过图像处理软件提取图像中的数据，以研究在有、无侧向力和有剪切力以及不同法向应力作用下的渗流规律，即完成利用磁流体模拟可视化裂隙渗流。